计算机导论

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1、计算机导论,本课程内容 本课程考核方法 本课程学习方法 参考书 答疑 主讲教师: 韩丽萍 副教授,本课程内容,课程特点,是大学生进校后学习的第一门计算机基础课程； 难度不高，但教学内容多，需要大量记忆； 实践性强，需要课外大量上机练习； 趣味性与枯燥性并存，分散性与系统性相交织。,本课程学习方法与态度,1. 认真听讲，掌握基本理论；认真完成课程作业 2. 尊师、守纪、勤奋。 3. 勿自私而狭隘(以宽待人/以严待己)； 4. 勿贪玩而失志(自觉戒除“网瘾”); 熟练实际操作: 1. 加强文字录入与编辑技术,最好能够盲打； 2. 熟练操作: Windows2000、Word2000、Interne

2、t,考核方法,习题集第8周前发给学生. 第12周考试 (考试时间45分钟, 随堂开卷, 50%为习题集原题),参考书,计算机应用基础教程 景红 西南交通大学出版社 计算机导论周荣辉 郝晓枫等 西南交通大学胶印 计算机文化基础 机械工业出版社 计算机文化基础 清华大学出版社 计算机应用基础 人民邮电出版社,答疑,时间：课间 地点：本课程上课教室 电话：13666199440 辅导教师：,第一章 计算机系统基础知识,计算机的概念 计算机的发展史 计算机的特点、应用及分类 冯诺依曼理论及其硬件结构 软件、程序、指令的概念及计算机语言,什么是计算机(computer)及其与一般计算工具的差异,具有加、

3、减、乘、除运算能力 具有进行逻辑运算和对结果进行判断的能力 具有数据存储能力 计算机是一种能自动、高速、高效地完成信息处理的电子设备，它能按照人们编写的程序对原始输入数据进行加工、处理、存储或传送，以便获得所期望的输出信息。,一、计算机的发展与划代,1. 发展 (1) ENIAC 1946年 美国研制, 重30吨,机房占地面积140平方米 (2) EDVAC:19451951 匈牙利出生美国数学家冯诺依曼与莫尔小组合作制 五个组成部分：输入器、输出器、运算器、存储器和控制器,一、计算机的发展与划代,物理器件的发展（四代计算机的特点） 第一代：电子管 机器语言、汇编语言 （46年56年） 第二代

4、：晶体管 高级语言（57年64年） 第三代：集成电路 操作系统（65年70年） 第四代：超大规模集成电路 （71年今） 特点： 1.运算速度每进一代提高一个数量级 2.体积每进一代减少一个数量级 3.平均无故障时间增长 4.应用范围遍及各行各业 计算机应用的发展（三个阶段） 1946-1980 超、大、中、小型计算机 1981-1990 微型计算机(PC机：Person Computer) 1991- 计算机网络 计算机发展趋势-巨型化、微型化、网络化、多媒体化和智能化,计算机的特点,运行速度快： 每秒几十万几亿次 计算精度高：8位、16位、32位、64位、双倍字长、多倍字长 存储容量大：主存

5、几百KB几十M、几百M、几个G，外存有几百GB 判断能力强：逻辑推现判断、记忆。人工智能机具有学习、知识积累能力 工作自动化,计算机的应用,科学计算 人造卫星轨道、宇宙飞船制导、天文、水文、水利 自动控制 航天器、导弹、人造卫星姿势控制、交通信号、生产过程 数据处理 数据信息搜集、分类、排序、查找、计算、存储 信息管理 企业事业部门搜索特定数据分析、处理供决策人员使用（管理人事、档案、生产、物资） 计算机辅助CAD(绘图)、CAT(测试)、CAM(制造)、CAI(教学) 人工智能 人类行为(感知、推理、学习、理解、联想)由计算机模拟实现 自然语言的理解和生成 专家系统 图象处理 数字通信技术与

6、信息高速公路,计算机分类,按使用范围分 通用计算机：通用计算处理、功能全、结构复杂、成本较高（市场销售的一般为通用机） 专用计算机：专用控制、功能单一、结构简单、成本较低（为解决某一特定问题） 按机器指令的复杂成度 复杂指令计算机（CISC），一百几百条指令 简化指令计算机（RISC），一百条以下指令，是计算机发展方向,冯诺依曼理论,我们现在所使用的各种计算机都是根据“冯诺依曼”计算机理论设计和制造的 “冯诺依曼”理论有三个要点: 1. 电脑系统由运算器、控制器、存储器、输入和输出设备等五个基本单元组成 2. 电脑内部的运算指令和数据必须采用二进制数字(0和1)表示; 3. 电脑在运行时必须先

7、将编制好的程序和数据调入主存储器(即通常所说的内存),然后自动地连续执行程序中所设置的全部指令。,冯诺依曼体系硬件结构,图1,运算器,是对数据进行运算的部件,能进行算术运算和逻辑运算。,存储器,存储器:是用来存储大量信息的部件； 存储器分为内存储器(简称“内存”)和外存储器(简称“外存”)； 内存是存放当前求解问题的程序和数据的主要存储器,又称主存储器； 由于多种因素限制,内存容量不太大,而常用容量大的外存储器作为辅助存储器；,控制器,统一指挥和控制计算机各部件进行工作的中央机构,使计算机能自动地执行程序。 由运算器、存储器、输入、输出设备发回控制器的信息为“反馈信息”,控制器将根据反馈的信息

8、来决定下一步计算机执行的操作命令。,第二章 计算机系统的组成,计算机硬件系统(物理设备) 计算机软件系统(逻辑设备) 二者相互依存，软件依赖于硬件的物质条件，硬件需要在软件的支配下才能有效地工作。,计算机系统的组成,计算机硬件系统,五大部件: 运算器(ALU-Arithmetic Logic Unit) 控制器(C-Controller) 存储器(M-Memory) 输入设备(I-Input Device) 输出设备(O-Output Device) 少掉其中任何一个部件就不能叫计算机。,硬件系统的名词术语(1),CPU (Center Processing Unit) ALU+C 内存（主存

9、）CPU可以直接访问、速度快，基本能与CPU速度匹配 RAM(Random Access Memory)随机存储器 可读写、掉电信息丢失、操作时注意保存文本 ROM(Read Only Memory)只读存储器 只能读、掉电信息不会丢失、通常存储操作系统的基本输入输出程序,硬件系统的名词术语(2),外存(辅助存储设备) 外存中的程序或数据必须调入RAM才能被CPU执行和处理。 内存是程序存储的基本要素，存取速度快，但价格较贵，容量不可能配置得非常大； 外存响应速度相对较慢，但容量可以做得很大。价格便宜，可以长期保存大量程序和数据。,硬件系统的名词术语(3),主机： ALU +C+ MM +连接

10、输入输出装置的接口 外部设备（I/O） 输入设备、输出设备、外存储器、数据通信设备（用于组成计算机网络）、过程控制设备（用于计算机自动控制）,硬件系统的名词术语(4),I/O接口 外部设备品种多，物理性能相差大，不能直接与主机相连，必须在主机和外设之间通过特殊逻辑部件（I/O接口电路），才能实现主机与外设之间的信息交换。 主机与实际外设的工作速度相差极大。,计算机软件系统,软件：计算机程序及有关程序的技术文档资料。 系统软件 应用软件 二者间无严格界限，随着应用软件向着标准化、商业化发展，将其纳入软件库中，也可视为系统软件。,系统软件,系统软件：管理、控制和维护计算机及外部设备，提供用户与计算

11、机之间的界面，支持、开发各种应用软件的程序。 面向计算机本身的软件，如操作系统、诊断程序等。 面向用户的软件，如各种语言处理程序、实用程序、字处理程序等。,应用软件,应用软件：计算机用户利用计算机的系统软件编写解决某一专门问题的程序，供最终用户使用的软件。 如财务报表软件、数据库应用软件等。这些程序可能是用机器语言、汇编语言、或高级语言编写。,计算机的性能指标(一),. 基本字长：指参与一次运算数据基本位数，它决定运算精度。 . 主存容量：决定计算机的存贮处理能力， 规定1024字节1k 102410241M 1024102410241G 系统内存大小（我的电脑属性系统属性常规）,计算机的性能

12、指标(二),. 运算速度（含主频） 早期用每秒执行加法指令次数，现在用等效速度或平均速度，还有直接用主频fm表征，巨型机几亿、几十亿次秒，微机20MHz233、266、333、450、733、1G MHz . 外围设备能力（人机界面） 指计算机允许配置的外围设备能力（ 键盘、鼠标、显示器、打印机、绘图仪、数字化仪、网络通讯设备、多媒体设备。） 以上为“四大硬件技术指标”,中央处理单元、主机、外部设备,中央处理单元(CPU Center Processing Unit)-控制器和运算器是集成在一块芯片上 主机(处理机)-运算器、内存储器、控制器及联接它们的相关电路器件,合在一起称为计算机的主机

13、外部设备(“外设”)-把各种输入输出设备和外存储器统称为计算机的外部设备。,软件、程序、指令的概念及计算机语言-指令,指令：计算机用以控制各种部件协调动作的二进制代码命令。是计算机能够直接执行的基本操作。 一条指令相当于人对计算机发出的一道工作命令。 每种机器都有自己的一套指令系统,它为用户提供了该计算机能够直接执行的全部基本操作.如:数据传送、算术和逻辑运算、输入输出、控制管理等。 不同机器的指令系统所具有的指令种类和数目不完全相同。,软件、程序、指令的概念及计算机语言-程序,程序：是为完成某个特定任务的一系列指令的集合。 按一定的要求和规定安排一系列指令叫做编程序。 任何复杂的任务,在计算

14、机中都是被分解为一系列的基本操作指令来完成的。 一个复杂的题目-首先确定解题的算法-编制运算步骤-从指令系统中选取能实现其操作的指令-组成“程序。,软件、程序、指令的概念及计算机语言-软件,软件:是为发挥计算机效率和方便用户而设计的各种系统程序、应用程序以及文档资料的总称。,软件、程序、指令的概念及计算机语言-计算机语言,计算机语言-人们用来让计算机解题而为之编制程序（下达命令）所用的与计算机交换信息的语言； 分为机器、汇编、高级语言。,计算机语言 -机器语言（最低级语言）,机器指令:由0和1组成的二进制编码 如：11000101表示“” ; 1110100 表示停机 不用翻译、解释（二进制代

15、码） 计算机可直接识别、理解、执行, 执行效率高 难记，难编，不直观，难检查、难移植（没有通用法）,计算机语言 -汇编语言（初级语言）,是一种助记符语言，本质上是面向机器的初级语言，用易于记忆的英文符号来表示指令 如 ADD, SUB, MOV 例如 求135+22-1的值 MOV AX，135 MOV BX，22 ADD AX，BX SUB AX，1 HLT,特点: 1. 可读性好，容 易查错、方便 2. 机器不能直接 识别、需翻译 3. 可移植性差,计算机语言-高级语言 更接近自然语言,脱离具体机器,与指令系统无关 Fortran 、Basic 、PAScal、 C、 Lisp、 COBO

16、L、 proLog 高级语言处理程序:翻译程序 翻译程序的工作方式：解释方式和编译方式,特点: 易编写、易读、易查错、不依赖具体机器，需要配合使用翻译程序,40,第二章 微型计算机系统简介,作为第四代计算机的一个重要分支，微型计算机诞生于20世纪70年代，并于1981年由IBM公司推出了以Intel 8086CPU为机芯的PC(Person Computer)机，由此开创了个人电脑及微型计算机开放式结构体系的先河。 IBM公司在推出IBM-PC机后，没有对其设计方案及该型机器的结构体系进行保密和申请专利，相反的是在一本仅售49美元的书中公开了全部设计方案，甚至包括了所有的电路图，想让其它公司来生产IBM-PC机的插件，使IBM-PC更加灵活，更加流行。这